修改的课程设计说明书

课程设计说明书 题目： 列管式换热器工艺设计

课程名称： 化工原理课程设计 学 院： 生物与食品工程学院 学生姓名： 杨光 学 号： 201106040008 专业班级： 生物技术11-1 指导教师： 金昕

2013年 05 月 10 日

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课 程 设 计 任 务 书

设计题目 列管式换热器工艺设计 学生姓名 杨光 所在学院 生物与食品工程学院 专业、年级、班 生物技术11-1 设计要求： 某焦化厂需要将甲苯液体从80℃冷却到40℃，甲苯处理量为25000kg/h。冷却介质采用循环水，入口温度25℃，出口温度37℃。要求换热器的管程和壳程压降均不大于20KPa.试设计能完成上述任务的列管式换热器。 说明： 1、设计者接收设计任务书后，应运用所学知识，确定设计方案，选用计算公式，认真收集查取相关的物性参数，正确选用设计参数，树立从技术上可行和经济上合理两方面考虑的工程观点。 2、设计说明书的编写，应按照课程设计教学大纲规定及设计任务要求，用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果，做到设计内容完整，设计合理，计算正确，叙述层次分明，条理清楚。 3、设备工艺条件图结构基本合理，图面清晰，基本符合规范化要求。 学生应完成的任务： 1、进行列管式换热器的工艺设计计算，编写设计说明书 ； 2、在二号图纸上绘制主要设备的工艺条件图。 参考文献： [1] 刘光启，马连湘等.化学化工物性数据手册[M]．北京：化学工业出版社，2002. [2] 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计[M]. 天津:天津大学出版社, 2002. 工作计划： 1、 设计准备 5月6日 2、 设计计算 5月7——9日 3、 编写设计说明书 5月10日 4、 修改设计说明书 5月13日 5、 绘制工艺条件图 5月14——16日 6、 修改工艺条件图 5月17日 任务下达日期： 2013年 5月 5日 任务完成日期： 2013年 5月 17日 指导教师（签名）： 学生（签名）：

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目 录

1. 设计题目……………………………………………………………………… 5 2. 确定设计方案…………………………………………………………………5

2.1选择换热器类型……………………………………………………………5

2.2流动空间及流速的确定…………………………………………………… 5

3. 设计计算……………………………………………………………………… 5

3.1确定物性数据……………………………………………………………… 5 3.2计算总传热系数…………………………………………………………… 6 3.2.1热流量…………………………………………………………………… 6 3.2.2平均传热温差…………………………………………………………… 6 3.2.3冷却水用量……………………………………………………………… 6 3.2.4总传热系数K…………………………………………………………… 6 3.3计算传热面积……………………………………………………………… 7 3.4工艺结构尺寸……………………………………………………………… 7 3.4.1管径和管内流速………………………………………………………… 7 3.4.2管程数和传热管数……………………………………………………… 7 3.4.3平均传热温差校正系数………………………………………………… 8 3.4.4传热管排列和分程方法………………………………………………… 8 3.4.5壳体内径………………………………………………………………… 8 3.4.6折流板…………………………………………………………………… 8 3.4.7接管……………………………………………………………………… 8 3.5换热器核算………………………………………………………………… 9 3.5.1热量核算………………………………………………………………… 9 3.5.2换热器内流体的流动阻力………………………………………………11

结果汇总表……………………………………………………………………… 13 设计结论………………………………………………………………………… 14

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参考文献………………………………………………………………………… 14 符号说明………………………………………………………………………… 14 工艺条件图……………………………………………………………………… 14

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1.设计题目

某焦化厂需要将甲苯液体从80℃冷却到40℃，甲苯处理量为25000kg/h.。冷却介质采用循环水，入口温度25℃，出口温度37℃。要求换热器的管程和壳程压降均不大于20KPa. 试设计能完成上述任务的列管式换热器。

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2.确定设计方案

2.1选择换热器的类型

两流体温度变化情况：热流体进口温度80℃，出口温度40℃；冷流体（循环水）进口温度25℃，出口温度37℃（没写完）

2.2流动空间及流速的确定

由于循环水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程，选用×2.5的碳钢管，管内流速取

ui1m/s

256

3.设计计算

3.1确定物性数据

定性温度：取流体进口温度的平均值 壳程甲苯的定性温度为

T8040260℃ 管程循环水的定性温度为

t2537231℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 甲苯在60℃下的有关物性数据如下： 密度 0829.21kg/m3 定压比热容 cp01.8225kJ/(kgoC) 导热系数 00.1253W/(moC) 粘度 00.0003865Pas 循环水在31℃下的物性数据如下： 密度 i995kg/m3 定压比热容 cpi4.174kJ/(kg.oC) 导热系数 i0.617W/(m.oC) 粘度 i0.000784Pa.s

3.2计算总传热系数

3.2.1热流量

Qomocpoto=25000×1.8225×（80-40）=1.8225×106

KJ/h=506.25 kw 3.2.2平均传热温差

t'2t1mt=23℃(缺少代数过程) lnt2t13.2.3冷却水用量

3-1）3-2）7

（ （ Q01.8225106=36386 kg/h （3-3） micpiti4.174123.2.4总传热系数K

管程传热系数

RediUii0.0201.5995 38074 （3-4）

i0.0007840.023dR0.8CpUi0.4iei 0.40.0230.6170.84.1740.0007840.020380740.617403w/(m2

.℃)

壳程传热系数

假设课程传热系数:0800w/(m2.℃) 污垢热阻

Rm2.℃/w R2

si0.000344s00.000172m.℃/w 管壁导热系数:45w/(m2

.℃)

K1d

0Rd0bd01siRs0idididi0 10.0250.025

4030.0200.0003440.0200.00250.025450.02250.0001721800 =199.4w/(m2.℃)

3.3计算传热面积

Q506.25103S’kt'199.423110.17m2

m考虑20%面积裕度:

S1.2S'1.2110.17132.204m2

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3.4工艺结构尺寸

3.4.1管径和管内流速

选用252.5传热管（碳管），管内流速i1m/s 3.4.2管程数和传热管数

依据传热管内径和流速确定单程传热管数 n36386/9953600sv20.7850.022132.3533根 4diui按单程管计算所需传热管长度为 LSdn132.2040253351.034m 0s3.140.单管程传热管过长，故采用多管程，传热管长取l=6m 管程 NpLl51.03469管程 传热管总根数N339297根 3.4.3平均传热温差校正系数

RT1T2t403.33 2t112 Pt2t1T120.218 1t155查图，可得t0.9 平均传热温差

tmtt'm=0.9×23=20.7℃ 3.4.4传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列，取管心距t1.25d0，则

t1.252532mm

横过管束中心线的管数

ne1.19N1.1929720.5121根 取ne =27

9

则实际换热管数 297-27=270根 ，单管程3.4.5壳体内径

27030根 9采用多管程结构，取管板利用率0.6，则壳体内径

D1.05tN3.4.6折流板

1.0532297747.6mm 圆整取D=750mm 0.6采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20%，则切去的圆缺高度为 h0.2750150mm

取折流板间距，则

B0.95D0.95750712.5mm 圆整取B=750mm

折流板数 NB600017块 750折流板圆缺水平装配 3.4.7接管

壳程流体进出口接管：取接管内甲苯流速为u1.0m/s，则接管内径为

d4Vu4250003600829.210.103m 3.141取标准管径为100mm

管程流体进出口接管：取接管内循环水流速为u1.5m/s，则接管内径为 d4Vu43638636009950.093m 3.141.5取标准管径为100mm

3.5换热器核算

3.5.1热量核算

（1）壳程对流传热系数

对圆缺形折流板，可采取克恩公式

.551/3oo0.36Re0Prodewo0.14

当量直径，由正三角形排列得

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4(32t22de4d0)d o4(320.03220.7850.0252)0.02m

3.140.025壳程流通截面积

SooBD(1dt)0.750.75(10.025/0.032)0.123m2壳程流体流速及其雷诺数分别为

u3600829.21)o25000/(0.1230.068m/s

R0.020.068829.21e0.00038652917.8

普兰特准数

P1.82251030.3865103r0.12535.62 .14粘度校正 01w

00.360.12530202917.80.555.6213322.79w/(m2o0.C)2）管程对流传热系数 i0.80.4i0.023dRePr

i管程流通截面积 Si0.7850.020227090.00942m2 管程流体流速及其雷诺数分别为

u36386/(3600995)i.009421.078m/s

0R0.021.078995e0.00072427362.5

普兰特准数

P4.1741030.784103r0.6175.30

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（

4i0.0230.6170.0237362.50.85.300.4902.5w/(m2oC)

（3）传热系数K K1doRdobd1sioRso idididi01

0.0250.0250.00250.0251 4902.50.0200.0003440.020450.02250.000172322.79

249w/(m2oC)

（4）传热面积S

SQkt506.25103.8820.798.22m2

m382该换热器的实际传热面积Sp

Spd0LNne3.140.02560.06270125.83m2 该换热器的面积裕度为

HSpS125.8398.22S98.22100%28.2%

3.5.2换热器内流体的流动阻力

（1） 管程流动阻力

PiP1P2*Ft*Ns*Np

Ns=1 、 Np=9 、 Ft=1.4

lu2u2P1i*d*2 P22

由Re=27362.5，相对粗糙度

0.01250.005，查图得0.03 ui1.078m/s 995kg/m3

P61.078299510.030.0225203.3Pa

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P9951.07822321734.4Pa

Pi5203.31734.41.4219425.56Pa （2） 壳程阻力

P0P'1P'2Ft*NS

NS1 Ft1.5

P'1F*f0*ne*NB1*u202

F0.5 f05.0Re0.2185.02917.80.2280.8108

ne27 NB7 u00.068

P'10.50.8737278829.210.06822660.3Pa

流体流过折流板缺口的阻力

2Bu2P'02NB*3.5D2 B=0.75m，D=0.75m

20.75829.210.2P'3.5068270.75220.13Pa

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结果汇总表

换热器形式 带膨胀节的固定管板式换热器 换热面积，m2 125.83 传热速率，kW 506.25 总传热系数，W/（m2.K） 199.4 名称 壳程 管程 物料名称 甲苯 循环水 操作压力，MPa 操作温度，℃ 80（40） 25（37） 流量，kg/h 25000 36386 流体密度，kg/m3 829.21 995 流速，m/s 1 1.5 对流传热系数, 0.1253 0.617 W/（m2. K） 污垢热阻，m2.K/W 0.000172 0.000344 阻力降,MPa 0.2 0.2 程数 1 9 推荐使用材料 甲苯 水 管子规格252.5 换热管排列方正三角形 /mm 式 管心距/mm 32 管数 297 管长/m 6 折流板数 7 间距/m 0.75 切口高0.15 度/m 折流板形式 圆缺面水平横过管束中27 壳体内0.75 装配 心 径/m 线的管数

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设计结论

根据课程要求，该设计方案符合要求，即此次设计完成。

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参考文献

[1] 卢焕章等. 石油化工基础数据手册[M]．北京：化学工业出版社，1982 [2] 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计[M]. 天津:天津大学出版社, 2002

[3] 匡国柱，史启才．化工单元过程及设备课程设计[M]．北京：化学工业出版社，2002

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符号说明

B折流板间距，m； R热阻，m2.℃/W； C系数，无量纲； 因数；

d管径，m； Re雷诺准数； D换热器外壳内径，m； S传热面积，m2；

f摩擦系数； t冷流体温度，℃； h圆缺高度，m； 管心距，m；

K总传热系数，W/(m2.℃) T热流体温度，℃； L管长，m； u流速，m/s。 m程数； 希腊字母

n指数； 对流传热系数，W/(m2.℃) 管数； 有效差值；

程数； 导热系数，W/(m.℃)； N管数； 粘度，Pa.s；

程数； 密度，kg/m3；

NB折流板数； 校正系数。

Nu努赛尔特准数； 下标

P压力，Pa； c—冷流体； 因数； h—热流体；

Pr普兰特准数； i—管内；

q热通量，W/m2； m—平均；

Q传热效率，W； o—管外；

r半径，m； s—污垢；

附件里是杨光的电子稿，格式基本没问题，转发给其他人作为参考 注意：1、封面的题目

2、封面的下划线要同样的长度

3、任务书中蓝色的字为再次修改的内容 4、正文中，每个一级标题都应重起一页

5、章节编号方法最多分为第三级（如3.2.1），具体看我上次发的格式

6、行距大都为1.5倍行距，具体看我上次发的格式 7、公式后应注明编号，该编号按章序编排。

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公式的编号加圆括号，放在公式右边行末，公式和编号之间不加虚线。

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